Thiết kế một nguồn cung cấp năng lượng hiệu quả cho các sản phẩm nhúng

Tôi hiện đang thiết kế một số sản phẩm vi điều khiển nhúng được cấp nguồn từ ổ cắm trên tường. Tôi dự định sử dụng các bộ cấp điện tường để cung cấp đầu vào khoảng 5-9V DC nhưng tôi muốn đầu vào của thiết bị của mình hoạt động ở mức tối đa 30V chỉ vì khả năng tương thích và dễ sử dụng. Đầu ra của mạch cấp nguồn này phải là 3,3V ở mức tối đa khoảng 500 mA. Tôi cũng muốn bảo vệ điện áp ngược trong trường hợp người dùng cắm vào giắc cắm thùng với các cực âm trung tâm. Dưới đây là thiết kế của tôi. Tôi đã sử dụng cầu chì PTC để ngăn chặn các sự cố ngắn mạch / quá dòng và MOSFET kênh P để ngăn phân cực ngược tiếp cận bộ điều chỉnh chuyển mạch. Các diode Zener cho phép điện áp đầu vào cao để không chiên MOSFET.

Câu hỏi chính của tôi là: Bộ điều chỉnh chuyển mạch này có hoạt động với MOSFET kênh P bảo vệ chân Vin không? Có bất kỳ lựa chọn phần của tôi rõ ràng là xấu? Có bất kỳ sai lầm rõ ràng sẽ ngăn chặn điều này làm việc?

Lưu ý: Một số bộ phận này được tìm thấy trên LCSC chỉ vì giá thấp và tích hợp với dịch vụ PCB tôi sử dụng, trong trường hợp bạn không thể tìm thấy mfg. số phần ở bất cứ đâu.

EDIT: Tôi đã sửa đổi thiết kế của mình để ngăn dòng điện xâm nhập trên khoảng 15-25A.

Bảo vệ phân cực hoạt động chính xác như được giải thích trong Mosfet trong bảo vệ phân cực ngược .
Phần còn lại là các Ứng dụng điển hình được cung cấp bởi Microchip trong biểu dữ liệu MCP16301 / H.
Vì vậy, tôi không thấy bất kỳ vấn đề nào ở đó.

Tôi không biết nếu bạn đã xem xét dòng điện khởi động khi áp dụng 30V trong khi ban đầu C2 tạo thành một dòng điện ngắn: nó không được vượt quá Dòng xung cơ cực đại tối đa Diode cơ thể có thể xử lý cũng không phải Dòng xả xung tối đa xảy ra là -27 A .

PTC có điện trở tối thiểu 0,400 Ω cộng với ESR của C2 cộng với điện trở tiếp xúc của J2 cộng với "điện trở" của diode cơ thể của Q2 hoặc kênh bật chậm có thể hạn chế dòng vào, nhưng bạn mô phỏng và / hoặc đo tốt hơn nó

EDIT 1
Diode cơ thể luôn luôn dẫn điện, do đó, việc bật chậm của Q2 do R3 hoặc một tụ điện bổ sung trên nguồn cổng của Q2 (= trên D2) sẽ không giới hạn dòng vào.

Bạn nên sử dụng điện trở 1 ohm. Cùng với điện trở tối thiểu đã biết của PTC, dòng điện được giới hạn ở mức 30V / 1,4 = 21,4 A.

Ở 30V trong, 3,3V & 600 mA ra, hiệu suất 80%, Iin = 83 mA, do đó tổn thất trong 1 ohm = 6,8 mW.
Ở mức 12 V, 3,3V & 600 mA, hiệu suất 80%, Iin = 206 mA, do đó tổn thất trong 1 ohm = 43 mW.

Lưu ý: Một NTC sẽ hoạt động, nhưng đừng quên nó không giúp ích nhiều nữa khi trời nóng. Vì vậy, đếm đến 10 trước khi bật thiết bị sau khi tắt thiết bị .

EDIT 2
Thêm một PMOS back-to-back cũng sẽ là một giải pháp.
Tuy nhiên, việc buộc các cống lại với nhau sẽ dẫn đến tình trạng ban đầu sau đây :

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Các điện áp trên C3 và trên C2 ban đầu là 0V. Tôi đã vẽ đoạn ngắn này (chỉ) cho C3 để hiển thị những gì xảy ra trong mạch trên. Do đó, điện áp cổng cho cả PMOS là 0V ban đầu. Vì vậy, cả hai PMOS sẽ được bật ngay từ đầu và vẫn mang lại dòng điện khởi động rất lớn.
Lưu ý rằng việc kết nối C2 ở giữa hai PMOS sẽ không giúp ích: diode cơ thể của M2 sẽ có tác dụng tương tự như D2.

Tốt hơn là buộc các nguồn với nhau:

^{mô phỏng mạch này}

Một lần nữa, các điện áp trên C3 và trên C2 ban đầu là 0V.
Bất kỳ điện áp nào cao hơn 0V trên nguồn M2 sẽ làm cho diode cơ thể của nó bị đảo ngược, do đó, một C3 ngắn ban đầu sẽ không có tác dụng đối với C2 & D1 & R1.
Do diode cơ thể của M1 bị phân cực thuận và ban đầu là 0V, nên điện áp cổng ban đầu sẽ bằng với điện áp nguồn, giữ cho cả hai PMOS đóng.
C2 đang sạc chậm qua diode cơ thể của M1 và R1 và sẽ bật cả hai PMOS từ từ theo cách đó, hạn chế dòng vào.
Thời gian bật được xác định bởi R1 & C1 và điện áp ngưỡng của các mosfet.